12. Мощности и кпд паротурбинных установок.

П ринципиальная схема ПТУ, работающая по циклу Ренкина:

В турбине в результате необратимых потерь при расширении пара линия процесса отклоняется от изоэнтропии и фактически развиваемая паром работа будет равна: H_i = i_o – i_к, кДж/кг,

г де H_i – использованный теплоперепад. H_i < H_o.

df – действительный процесс расширения в турбине.

ΣΔh – суммарные внутренние потери в турбине.

Отношение используемого теплоперепада к располагаемому называется относительным внутренним КПД: . кВт; кВт.

N_o – располагаемая мощность турбины;

N_i – внутренняя мощность турбины;

G – массовый расход пара через турбину, кг/с.

Отношение использованного теплоперепада к теплоте, подведенной к раб. телу в парогенераторе, назыв. абсолютным внутренним КПД ПТУ:

.

Не вся мощность N_i, развиваемая паром внутри турбины, используется потребителем. Часто её в виде мех. потерь ΔN_м расходуется на трение в подшипниках и на привод вспомогательных механизмов турбины.

Эффективная мощность турбины, т.е. мощность, которая передается приводимой машине, равна разности: N_e = N_i – ΔN_м.

Отношение эффективной мощности к внутренней назыв. механическим КПД турбины: η_м = N_e/N_i.

Относительный эффективный КПД турбины определяется как: .

Отношение эффективной мощности турбины к тепловой мощности парогенератора назыв. абсолютным эффективным КПД ПТУ: .

Термический КПД идеальной ПТУ определяется как: . i_кt – энтальпия отработавшего пара при изоэнтропном расширении.

Электрическая мощность, отдаваемая с выводов электрогенератора, меньше эффективной мощности турбины на величину потерь в электрогенераторе: N_э = N_e – ΔN_эг. η_эг = N_э/N_e.

Отношение эл. мощности к мощности идеальной турбины назыв. относительным электрическим КПД турбогенератора: .

Отношение эл. мощности к тепловой мощности парогенератора назыв. абсолютным электрическим КПД ПТУ:

.

При оценке эффективности эл. станции в целом необходимо дополнительно учитывать потери теплоты в котле, расход энергии на привод питательных насосов, потери давления и теплоты в паропроводах и т.д.

13. Преобразование энергии парового потока в турбинной ступени. Активная ступень.

В активной ступени теплоперепад преобразовывается в соплах в кинетическую энергию. На рабочих лопатках происходит лишь преобразование кинетической энергии в механическую работу. Усилие на рабочие лопатки передается только за счет поворота потока пара. Давление парового потока на входе и выходе рабочих лопаток в активной ступени не меняется (Р₁ = Р₂).

Паровой поток на выходе из сопловых каналов с абсолютной скоростью под углом α₁ к плоскости вращения поступает в каналы рабочих лопаток. Вследствие вращения рабочих лопаток скорость потока на входе в рабочую решетку С₁ приобретает другую величину и направление. Эта скорость называется относительной скоростью на входе W₁. эта скорость направлена к плоскости вращения под углом β₁.

По теореме косинусов найдем: .

По теореме синусов найдем β₁: .

U – окружная скорость движения лопаток.

Струя пара покидает рабочие лопатки с относительной скоростью W₂ под углом β₂. β₂< β₁ на 2…10º. Вследствие потерь в лопаточных каналах W₂<W₁: W₂ = ψW₁. ψ – коэффициент скорости раб. лопаток, учитывающий влияние вредных сопротивлений движению потока.

А бсолютная скорость С₂ и угол α₂ можно определить из выходного треугольника скоростей: . .

Потерю энергии на рабочих лопатках можно определить как .

Данная потеря приводит к повышению энтальпии пара и откладывается вверх. Скорость C₂ и, соответственно, кинетическая энергия пара для данной ступени является потерей с выходной скоростью: кДж/кг. Но часть этой энергии может быть использована в следующей ступени. Изобразим процесс расширения пара в активной ступени.

г де χ_в.с – доля кинетической энергии, используемой в следующей ступени.

Точки 1, 2, 3 определяют состояние пара, соответственно, за соплами на рабочих лопатках и за пределами ступеней. Точка 4 характеризует состояние пара на входе в следующую ступень по параметрам полного торможения.

Располагаемая энергия ступени Е_о несколько меньше, чем (располагаемый теплоперепад), т.к. часть энергии Δh_в.с исп-ся в след. ступени: (χ_в.с = 0…1). Это делается для того, чтобы не учитывать энергию χ_в.с·Δh_в.с дважды в этой и последующей ступени. Удельная полезная работа пара на рабочих лопатках будет: .

Относительный лопаточный КПД турбинной ступени есть отношение мощности развиваемой на раб. Лопатках к располагаемой мощности ступени:

.